2 Platforme Kamere Senzori

8/15/2019 2 Platforme Kamere Senzori

1/68

4/1/13

1

Platforme, kamere i senzori

! ta je daljinska detekcija?• Daljinska detekcija je akvizicija podataka o

nekom objektu bez fizi "kog kontakta sanjim.

• Uklju"uje fotografske i digitalne daljinskesenzore.

• Avioni i sateliti su glavne platforme zasenzore.


2/68

4/1/13

2

! ta je daljinska detekcija?• Osmatranje objekta od interesa ure #ajem koji je

odvojen od njega, tj. nalazi se na odgovaraju $ojdistanci

• ! ta se meri? – “svetlost” ili “boja”

• Kako se prave fotografije i slike – podaci sa satelita ili aviona

• Kako mogu da se koriste ovakve slike – Identifikovanje stvari, interpretacija, uo "avanje

promena

Daljinska detekcija

• Panhromatske slike – Dobijene od digitalnog senzora koji meri energiju

refleksije u jednom %irokom delu elektromagnetnogspektra

• Multispektralne slike – Meri se refleksija u velikom broju opsega

• Hiperspektralne slike – Meri se refleksija u puno pojedina "nih opsega


3/68

4/1/13

3

Sistemi daljinske detekcije

Elektromagnetni spektar

• Svi objekti, uklju "uju$i tu biljke i zemlju, emituju ireflektuju energiju u formi elektromagnetnog zra "enja.

• Elektromagnetna radijacija putuje u vidu talasa krozprostor.

• Tri najva &nije komponente ovih talasa su frekvencija,opseg i talasna du &ina.


4/68

4/1/13

4


• Najpoznatiji izvor elektromagnetnogzra "enja je sunce.

• Daljinski senzori se pona %aju sli "noljudskom oku.


• Glavna razlika izme #u ljudskog vida idaljinske detekcije je opseg frekvencijeelektromagnetnog spektra na koji suosetljivi ljudi a na koji su osetljivi sami

senzori koji se koriste u daljinskoj detekciji.• Pasivni i aktivni izvori energije (fotoaparat)


5/68

4/1/13

5

Ponavljanje - Elektromagnetnispektar

Razvoj daljinske detekcije

• Termin “daljinske detekcije” je napravljen1960 od strane geografa u Office ofNaval Research of USA za informacijedobijene od fotografskih i ne fotografskih

instrumenata.


6/68

4/1/13

6

Daljinska detekcija do 1960

• Aristotel (pre 2300 godina): “camera obscura”.• 1839 – fotografija (Daguerre and Niepce) -

“daguerrotype”.• 1859 – prvo znano fotografisanje iz balona

(Tournachon - “Nadar”, France).• Vazdu %na fotografija – za vojne potrebe.

• Izme #u WW1 i WW2, prvi put se fotografijekoriste u civilne svrhe.

Daljinska detekcija od 1960• 1960 - TIROS-I: prvi meteorolo %ki satelit: niska rezolucija

senzora• 1972 - ERTS-1 (promenjeno u Landsat 1975): MSS i

HBV• 1981 - NOAA: AVHRR• 1982 - Landsat-4: TM• 1986 - SPOT-1: PAN i XS• Od kasnih 1980-tih: vi %e zemljanih osmatra "kih satelita,

npr. Ruski, Indijski, Japanski, Kineski i drugi


7/68

4/1/13

7

Kako radi daljinska detekcija?

• Ciljano merenje i snimanje elektromagnetneradijacije

• Ovo snimanje i merenje se vr %i uz pomo $ avionskih i satelitskih senzora.

• Vr %i se rektifikacija i uve $anje slika dobijenih

daljinskom detekcijom kako bi slike pru &ale boljeinformacije.• Slike se interpretiraju kao bi dobili informacije

neke lokacije za mapiranje, menad &ment, itd...

Uzrok razli "itih razmera za avionska i satelitskaosmatranja

Avion Satelit

Hiljademetara

Stotine

kilometara


8/68

4/1/13

8

Tipovi senzora

Karakteristike opti "kih senzora

• Opti "ki senzorisu karakteristi "nipo specifi "nimspektralnim,radiometrijskim i

geometrijskimperformansama.Na slici su datielementi opti "kihsenzora pokarakteristikama.


9/68

4/1/13

9

Karakteristike opti "kih senzora• Spektralne karakteristike opti "kih senzorasu spektralni opsezi i %irina

opsega, centar talasne du &ine opsega, osetljivost reakcije na krajevimaopsega, spektralna osetljivost izvan opsega i osetlivost polarizacije.

• Senzori koji koriste film se karakteri %u osetljiv %$u filma, propustljivo %$ufiltera i prirode so "iva.

• Skenerski tipovi senzora su specifi "ni po spektralnim karakteristikamadetektora i spektralnim razdvaja "em.

• Radiometrijske karakteristike opti "kih senzora su specifi "ni popromenama elektro-magnetnog zra "enja koje prolaze kroz opti "ki sistem, ato su radiometrija senzora, osetljivost na snagu %uma, dinam "ki opseg,signal %uma,...

• Geometrijske karakteristike su specifi "ne po vidokrugu senzora,trenutnom vidokrugu, odnos izme #u opsega, modularna transfer funkcijakoja defini %e trenutni vidokrug, geometrijska distorzija i geometrijskoporavnanje opti "kih elemenata.

• Trenutni vidokrug se defini %e kao ugao pod kojim se mo &e detektovatiminimalna povr %ina skenera posmatranog tipa.

PodelaPrema tehnologiji

! Film kamere! Digitalne kamere (senzori)

Prema tipu snimaka! Frame! Linearni senzori

Prema oblasti primene i konstrukciji! Terestri "ke kamere (terestrial cameras)! Aerofotogrametrijske kamere (aerial

cameras)! Satelitske


10/68

4/1/13

10

PodelaPrema metodologiji i originalnoj nameni

! Merne kamere – specijalno razvijene za fotogrametriju! Polumerne kamere – nisu originalno namenjene za merne svrhe ali

koje su razvijene za fotogrametriju iako svi elementi njihove unutra %njeorijentacije nisu u potpunosti stabilni

! Nemerne kamere (ni&a ta "nost i te &a obrada)

Prema definiciji unutra %nje orijentacije! Kamere sa rubnim markicama (4, 8 ili vi %e) specijalno razvijene za

fotogrametriju! Kamere sa Reseau mre ! om (staklene plo " e sa gridom ispred slike )

za otklanjanje deformacija filma! Kamere sa okvirom (ramom, frame kamere ) bez rubnih markica ali sa

jasno preslikanim ivicama (film)! Kamere sa la ! nim okvirom (false-frame kamere, Polaroid) bez poznate

unutra #nje orijentacije

Terestri "ke merne kamere• Pozicije kamera na fiksnim pozicijama• Spoljna orijentacija se odre $ uje terenskim merenjima• Fokusiranje uglavnom na kona " no odstojanje objekta (re #e na

beskona "nost)

• Primene! Arhitektura i gra #evinarstvo! O"uvanje spomenika kulture! Biofotogrametrija! Arheologija! Ve %ta "enje (kriminalistika, saobra $ajne nesre $e)! Industrijska fotogrametrija (projektovane, kontrola proizvodnje i spajanja

delova )


11/68

4/1/13

11

Terestri "ke merne kamere• Zahtevi koje treba da ispune terestri "ke merne kamere

! Kori%$enje i zamena postolja sa teodolitima i signalima! Jednostavno horizontiranje na stativima! Rotacije oko vertikalne ose sa mogu $no %$u o "itavanja uglova! Naginjanje ose snimanja u odnosu na horizontalnu ravan i

mogu $nost "itanja ili odre #ivanja ovih uglova! Rotacija oko ose snimanja! Ure #aj za kontrolu obuhvatanja podru " ja koje $e se snimiti

Terestri "ke merne kamere• Za odre #ivanje unutra %nje orijentacije svaka fotografija mora imati

! Preslikane rubne markice! Konstantu kamere! Adicionu konstantu za konstantu kamere ako je &i&na daljina

menjana! Broj kamere za identifikaciju

• Korisne dodatne informacije! Broj snimka ili stanice! Identifikacija stanice (A-leva, B-desna)! Identifikacija slu "aja snimanja (normalni, levi ili desni zako %eni,

konvergentni ili op %ti)! Datrum, vreme, opis objekta


12/68

4/1/13

12

Terestri "ke merne kamere

• Za najbolje rezultate po &eljni su slede $i uslovi! Eksterno merenje ekspozicije! Slobodan izbor otvora blende i vremena ekspozicije! Mogu $nost fokusiranja za razli "ita udaljenja objekta (ali

kalibrisane vrednosti konstante kamere)! Sinhronizovano okidanje za dve kamere za istovremeno

snimanje objekta u pokretu! ! to ve $i format filma ili plo "e! Mogu $nost kori %tenja filma u rolni i kaseta! Kori%tenje vakuma ili izravnavaju $e plo "e za poravnanje filma

Terestri "ke merne kamere• Stereo kamera

! Fiksna baza snimanja – naj "e %$e 120cm (od 40cm do 200cm)! Rastojanja objekta od 5 do 25m! Saobra $ajne nesre $e, snimanja fasada! Ima i izvedbi sa promenljivom bazom (Wild PBA 32 sa dve Wild

P32 kamere, Zeiss jena sa dve UMK kamere)! Wild C120, C40! Zeiss Oberkochen SMK120 i SMK40


13/68

4/1/13

13

Nezavisne merne kamere

• Izmenljivi objektivi sa razli "itim &i&nim daljinama• Mogu $nost fokusiranja

! Wild P31 (45mm, 100mm, 202mm, plo "e i filmovi,92x18mm, 84x117mm, (90-83)x118mm)

! Wild P32 (64mm, montira se na Wild T2 ili T16, plo "eili film, 60x80mm)

! Zeiss Jena UMK (65mm, 99mm, 200mm, 300mm,fokusiranje, 13x18cm, plo "e, film, )

! PHOTHEO 19/1318


14/68

4/1/13

14

Platforme i kamere za snimanje iz vazduha

• Platforme u aerofotogrametriji! Avioni! Helikopteri! Balon, cepelin

• Otvor na trupu za sme %tanje kamere ili neki drugi na "in montiranjakamere

• Za potrebe izrade planova i karata uglavnom se koriste avioni koji

moraju ispunjavati odre #ene zahteve• Za krupno-razmerne snimke i snimanja sa manjih visina po &eljni

avioni sa manjom brzinom leta, ali generalno po &eljni su br &i avioni


• Avion treba da ima veliku autonomiju leta ( %to vi%e da leti sa jednimpunjenjem rezervoara)

• Maske za kiseonik za visine od preko 3500m i kabina pod pritiskom zavisine preko 6000m

• Za kabinu pod pritiskom mora se obezbediti zatvaranje otvora za kameru napodu aviona sa skupom plo "om kvalitetnog stakla koja ne $e uvesti distorzijei koja $e izdr &ati pritisak i temperaturne razlike. opciono kamera mo &e biti

van kabine, a da se sa njom upravlja daljinski. Mora se obezbeditizatvaranje otvora kod poletanja i sletanja da bi se izbeglo o %te $enje.

• Dobra navigaciona oprema (GNSS, INS)

• Ekipa – pilot (i kopilot), kamerman i eventualno navigator

• Ograni "enja za letenje - du &ine senki (manje od 3.5 visine objekata),vidljivost, osvetljenost, vreme

! Vremenski uslovi (obla "nost)! Doba dana! Doba godine


15/68

4/1/13

15

Platforme i kamere za snimanje izvazduha


Piper Navajodvomotorac

CessnaT210N


16/68

4/1/13

16


Plane Cessna Mod. 402C Plane Partenavia Mod. P-68V

Plane Cessna Mod. T-207A

INS

• Ure #aj za merenjeinercije

• Koristi &iroskope iure #aje za merenjeubrzanja

• Bele &i rotacije avionaoko X, Y, i Z ose – Roll – Pitch – Heading

Roll

Pitch

Heading


17/68

4/1/13

17

GNSS

• Globalni navigacionisatelitski sistem

• Meri poziciju aviona ukoordinatnom sistemuterena

• Diferencijalna korekcija

sa podacima sazemaljskih referentnihstanica

Podela avionskih fotografija premastepenu nagiba kamere

• Vertikalne – Ispod 3°

• Malo kose – Ne vidi se nebo

• Veoma kose – Vidi se nebo

Nagib kamere u odnosu navertikalnu osu


18/68

4/1/13

18

Razlika izme #u vertikalnih i kosihfotografija

Pregled sa svih strana


19/68

4/1/13

19

Konfiguracija sistema zasnimanje

• Raspored kamera – broj kamera i

konfiguracija zavisi odoblasti primene

• Konfiguracija – Snimanje

infrastrukture

Kamere za snimanje iz vazduha• Osnovni zahtev je visok kvalitet reprodukcije detalja (visoka mo $

razdvajanja i o %trina slike)

• Za fotogrametriju jednako je va &an i kvalitet geometrije slike


20/68

4/1/13

20

Kamere za snimanje iz vazduhaSpoljna orijentacija• Kamere su ugra #ene u trup aviona sa mogu $no %$u horizontiranja da se

obezbedi da su nagibi ' i ( manji od ± 5 gona (savremene kamere seautomatski horizontiraju preko &iroskopa i senzora)

• Postolje mora imati i neki na "in za kompenzaciju odstupanja ose aviona odpravca leta – kamera mora imati mogu $nost rotiranja oko sopstvene ose –)


21/68

4/1/13

21

Kamere za snimanje iz vazduha

• Neophodno je kori %$enje centralnog zatvara "a za kratkeekspozicije i uniformnu spoljnu orijentaciju za ceo snimak

• Ekspozicija rubnih markica mora biti uskla #ena saglavnom ekspozicijom u okviru 1ms

Zatvara " sa rotiraju $im lamelama

Kamere za snimanje iz vazduhaU pogledu unutra #nje orijentacije• Konstanta kamere je skoro uvek fiksirana – za objektive sa velikim

&i&nim daljinama fokusiranje je izvr %eno na oko 1000m• Format slike je standardan – 23cmx23cm• Film se odr ! ava ravnim kori%$enjem vakuma• Mora se voditi ra "una o temperaturnim razlikama (aerodrom i rad na

visini leta) – kori %tenje materijala sa istim koeficijentimatemperaturne ekspanzije, odbijanje hladnog vazduha

• Rubne markice moraju biti osvetljene• Broj rubnih markica, iako je pre bio obi "no 4, po &eljno je da bude 8

da bi se obezbedila optimalna kalibracija preko rubnih markica usredini, gde su najmanje deformacije, i onih u uglovima gde sugre %ke najve $e

• Deveta, asimetri "no postavljena rubna marka koja se ne osvetljava -za odre #ivanje pozicije snimka (mo &e i libela i "asovnik)


22/68

4/1/13

22

Kamere za snimanje iz vazduha• Treba obezbediti mogu $nost kori %$enja i zamene objektiva razli "itih

&i&nih daljina, razli "itih tipova filtera i zamene magacina sa filmom(razli "iti tipovi snimaka, razne razmere, ravni "arski i planinski teren,urban, poljoprivredni i pust teren, razli "ite svrhe snimanja)

• Treba zadovoljiti slede $e uslove kod fotografisanja! Vreme ekspozicije mora biti automatski kontrolisano za zadatu

blendu, i obrnuto! Ekspozicija rubnih markica i dodatnih instrumenata mora biti

uskla #ena sa tipom filma koji se koristi! Sivi klin koji se preslikava na svaki snimak omogu $ava jednostavniju kontrolu kontrasta kod fotografske obrade

Kamere za snimanje iz vazduha• Na snimak se preslikavaju slede $e informacije

! Broj snimka! Vreme! Visina leta (±50m)! Centri "na libela! Datum, broj kamere i magacina! Ime projekta! Konstanta kamere! Podaci o spoljnoj orijentacijai (INS/GPS)! Podaci o ekspoziciji (blenda, vreme ekspozicije i kompenzacija

za kretanje slike)


23/68

4/1/13

23


• Moderne avio kamere sastoje se iz komponenti koje semogu menjati i kombinovati


24/68

4/1/13

24


Kamere za snimanje iz vazduha• Ciklus kamere izvodi se automatski nakon %to je zadata komanda za

ekspoziciju prvog snimka – ekspozicija (sa FMC), podizanje plo " e zapritiskanje, osloba $ anje vakuma, tranpsort filma, inkrement broja " asnimaka, primena vakuma i pritiskanje plo " e – kamera spremna sasignal za ekpoziciju novog snimka

• Signal daje operater manuelno ili ure #aj za kontrolu preklopa• Najkra $i ciklus kamere 1.6 do 2 s.

• U tra ! ilu operator vidi teren koji se prividno kre $e, a mogu $a je i! Kontrola vidnog polja preko niza ramova koji odgovaraju vidnim poljima razli "itih

objektiva! Kontrola horizontiranja preko centri "ne libele! Kontrola ta "ke u nadiru preko krsta kon "anice! Kontrola i korekcija zaokretanja preko pra $enja kretanja ta "ke na terenu u

odnosu na centralnu liniju u pravcu leta aviona - istovremeno se prati i kurs leta! Kontrola i regulacija popre "nog preklopa preko niza zakrivljenih linija

(ekscentri "ne spirale). Linije treba da se kre $u istom brzinom kao i teren.


25/68

4/1/13

25




26/68

4/1/13

26


• Zeiss Jena i ZeissOberkochen nude posebanregulator preklopa satra &ilom koji se montiraiznad sopstvenog otvora –koriste se pokretne

stepenice "ija brzina seuskla #uje sa brzinomkretanja terena

Kamere za snimanje iz vazduha• Barometarski ure #aj za merenje promene visine leta sa

ta "mo %$u od 0.5 do 1m se mo &e montirati uz kameru iprikazivati vrednost dipleja na svakom snimku

• INS/GPS – bele &enje pozicije ( ,*,h i nagiba kamere ' i+ , kursa i zako %enja, datuma i vremena, kao iautomatska kontrola zako %enja i preklopa.

• Zeiss Jena – LMK 2000 (objektivi sa 89, 152, 210,305mm, AWAR=76L/mm, FMC do 64mm/s, srednjaradijalna distorzija manja od 2µm, najve $a blenda 5.6, 8rubnih markica)

• Wild – RC30 (kamera sa postoljem, teleskopom satra &ilom, objektivi sa 88, 152, 210 i 303mm, najve $ablenda 4, odvojena kontrola jedinica, FMC,standardizovane kasete sa filmom)


27/68

4/1/13

27



• Zeiss Oberkochen – RMK TOP(&irostabilisano postolje imogu $nost povezivanja GPS-ai kompjutera, RMK A 85, 152,210, 305, 610mm, autoamtskakontrola ekspozicije, magacinisa FMC, opcioni ure #aji zapotpunu automatsku kontroluzako %enja i preklopa prekoopti "kih senzora tako da pilotmo &e upravljati kamerom)


28/68

4/1/13

28




29/68

4/1/13

29

Digitalne kamere za snimanje izvazduha

• Prednosti! Fleksibilnost tokom snimanja! Geometrijska ta "nost (nema deformacija filma, nepromenljiva

unutra %nja orijentacija)! Visoka mo $ razlu "ivanja i radiometrijski kvalitet! Slike u startu u digitalnom obliku (nema naknadnog skeniranja)! Na nivou piksela sinhronizovano prikupljanje panhromatskih i

multispektralnih slika! Visok odnos signala i %uma! Kvantitativno merenje sivih tonova na nivou piksela – ve $e mogu $nosti

za kasniju obradu! Pro %irenje elektromagnetskog spektra koji se registruje! Vi%a spektralna rezolucija! Eliminacija nekih koraka obrade (fotolaboratorijska obrada, skeniranje,

rekonstrukcija unutra %nje orijentacije)! Neograni "en broj kopija bez gubitka kvaliteta! Potencijali za rad u realnom vremenu


• Kamere bazirane na linearnom CCD senzoru (skener) – Leica ADS40! Kompletna geometrija zavisi od ta "nosti direktne spoljne orijentacija

sa GPS i INS• Kamere bazirane na povr %inskom CCD senzoru (frame cameras) – Z/I

Imaging DMC, Vexcel UltraCam-D


30/68

4/1/13

30

Airborne Digital Sensor (ADS)Digital Data Capture Methods

Wageningen (1999)


• Kamere bazirane na linearnom CCD senzoru (skener) – Leica ADS40


31/68

4/1/13

31


• Linijski CCD senzori – 3 panhromatska linearna senzora (-14.2 o,nadir, 28.4 o), 3 za RGB (14.2 o), i jedan NIR (2 o)

• ! irina trake 12000 piksela (svaki panhromatski senzor sastavljen oddva niza CCD elemenata), piksel 6.5µm (3.25µm)

• Koristi se razdvaja " zraka (beam splitter) za slanje RGB komponentina odgovaraju $e senzore

• Limit je vreme potrebno za i %"itavanje niza piksela i brzina letaaviona – 800Hz

• Za brzinu leta od 370km/h i visinu leta od 1450m dobija se veli "inapiksela na terenu od 15cm• Obavezno kori %$enje GPS i INS-a

• Komplikovanija obrada• Vi%estruko se skenira teren (3 puta 100%) – bolji preklop, kori %$enje

procedura za podudarnost slika, bolja geometrija (detalj u nadiru)

ADS40 – 1 st Gen in Cessna Caravan - PASCO, Japan


32/68

4/1/13

32

ADS40 – 2 nd Gen in Beech 200 - APEI, France

ADS40 – 2 nd Gen in Learjet 25C - BLOM - CGR, Italy


33/68

4/1/13

33


• Kamere bazirane na povr %inskom CCD senzoru (framecamera) – Z/I Imaging DMC



34/68

4/1/13

34


• Panhromatski - "etiri 7Kx4K povr %inska CCD"ipa i objektivi sa 120mm &i&nom daljinom –4x(3824x7680)=13500x8000

• Kolor(RGB i IR) – "etiri 3Kx2K CCD "ipa saobjektivima 25mm (FOV 74 ox44 o)

• 12-bitna radiometrijska rezolucija za sve kanale• 0.5 slika po sekundi, tj. 2 sekunde za jednu sliku,

kapacitet 840Gb• FMC, obrada sa standardnim softverom


• Kamere bazirane napovr %inskom CCDsenzoru (frame camera) –Vexcel UltraCam-D


35/68

4/1/13

35


• 8 objektiva sa istim vidnim poljem i 13povr %inskih 4x2.7K CCD "ipova

• Panhromatski - "etiri objektiva i 9 CCD "ipova=11500x7500, piksel od 9 µm

• Kolor i IR – "etiri 4Kx2.7K CCD "ipa saobjektivima – piksel od 18µm

• 10-12-bitna radiometrijska rezolucija za svekanale

• Na raspolaganju je elektronski FMC (TDI do50piksela)

Migration from film cameras to digital sensors

Evolution: 3rd party

Quantum leap: ADS Multi lens sensors with up to eight lenses generates patchwork frames

Single lens sensor with 12 channels generates endless pixel carpets


36/68

4/1/13

36

Z(IDMC

Four f = 100 mmlenses forpanchromaticimages

VexcelUltraCam

Airborne digital sensor ADS80Sensor head concepts

Superior single- lens conceptf = 62 mm

Four f = 120 mmlenses forpanchromaticimages

Four f = 28 mmlenses for

spectral images

Four f = 25 mmlenses forspectral images

Merits of 3-line pushbroom sensor

composedof backward view lines

composedof nadir view lines

composedof forward view lines

Backward scene Nadir scene Forward scene

Backward

Nadir

Forward

Three-line pushbroom principle, proven in satellites and adapted to aircraft platform


37/68

4/1/13

37

Parallel Line Perspective Central Perspective100% overlapping images

All objects recorded 3 times

Flying with 60% overlap only 50% ofall objects are on 3 photographs

Not all objects recorded 3 times

100% overlapping scenes

Parallel Line Perspective

Patched Central Perspective

First generation image – no patching or mosaiking


38/68

4/1/13

38

Single lens with a focal plate with 12 CCDlines. Tetrachroid features co-registration

of spectral bands.

ADS80 3rd Generation

2 x Green 2 x Blue 2 x NIR

2 x Red 2 x Green

2 x Blue 2 x NIR

4 x Panchromatic

1 pixel

1 2 , 0

0 0 p

i x e l s

Leica ADS80CCD layout in SH81 and SH82 focal plate

SH81 SH82


39/68

4/1/13

39

LeicaADS40

Z(IDMC

Panchromatic12,000 pixels

Spectral resolution across track, Pan GSD = 20 cm

Multi-spectral12,000 pixels


Same resolutionas panchromatic

20cm GSD 20cm GSD 60cm GSD 95cm GSD


VexcelUltraCam

In area 9 x worsethan panchromatic In area 22 x worsethan panchromatic

Reference

Example of “Colorizing / Pan-sharpening”

Pan-Sharpening process

Original color image22 times lower resolutionthan mosaic of pan cameras

Mosaic of 4 pan cameras Pan sharpened color image

In 2004 Z(I presented to the USDA the above images to explain their pan sharpening process.

Pan sharpened color images as provided by the DMC and theUltracam and where accepted in 2005 for the NAIP project, butactually very little used (because of lack of spectral integrity ofimages)


40/68

4/1/13

40

ADS Workflow - Flight Planningand Execution

ADS Workflow - GroundProcessing


41/68

4/1/13

41

ADS80 Workflow

Flight Planning and Evaluation

ADS80 Workflow

Flight Planning and EvaluationData Collection and Georeferencing


42/68

4/1/13

42

ADS80 Workflow

Data Collection and GeoreferencingGround Processing

Ground Processing

ADS80 Workflow

Image Interpretation


43/68

4/1/13

43

Platforme i kamere za snimanje izsvemira



44/68

4/1/13

44


Metodi akvizicije

Wageningen (1999)


45/68

4/1/13

45

Tipovi senzora

• Najpopularniji senzori koji se koriste u daljinskojdetekciji su kamere, solid skeneri kao %to suCCD (charge coupled device), multi-spektralniskeneri i pasivni sinteti "ki aperture radari.

• Laserski senzori se sve vi %e koriste za merenjezaga #enosti vazduha (laserski spektrometri), aza merenje razdaljina laserski altimetri.

• Senzori koji koriste so "iva u vidljivom deluspektra i u reflektovanom infracrvenom spektru,se nazivaju opti "ki senzori.

Karakteristike opti "kih senzora

• Opti "ki senzorisu karakteristi "nipo specifi "nimspektralnim,radiometrijskim i

geometrijskimperformansama


46/68

4/1/13

46

Karakteristike opti "kih senzora• Spektralne karakteristike opti "kih senzora su

– spektralni opsezi i %irina opsega, – centar talasne du &ine opsega, – osetljivost reakcije na krajevima opsega, – spektralna osetljivost izvan opsega i – osetlivost polarizacije.

• Senzori koji koriste film se karakteri %u – osetljiv %$u filma, – propustljivo %$u filtera i – prirode so "iva.

• Skenerski tipovi senzora su specifi "ni po – spektralnim karakteristikama detektora i – spektralnim razdvaja "em.

Karakteristike opti "kih senzora• Radiometrijske karakteristike opti "kih senzora su specifi "ni po

promenama elektro-magnetnog zra "enja koje prolaze kroz opti "ki sistem: – radiometrija senzora, – osetljivost na snagu %uma, – dinam "ki opseg, – signal %uma,...

• Geometrijske karakteristike su specifi "ne po: – vidokrugu senzora, – trenutnom vidokrugu,

• Trenutni vidokrug se defini %e kao ugao pod kojim se mo &e detektovati minimalna povr %ina skenera posmatranog tipa

– odnos izme #u opsega, – modularna transfer funkcija koja defini %e trenutni vidokrug, – geometrijska distorzija – geometrijsko poravnanje opti "kih elemenata.


47/68

4/1/13

47

Pregled satelitskih sistema:" Veoma visoke prostorne rezolucije < 1 m" Srednje prostorne rezolucije" Grube prostorne rezolucije

WorldView-2

– Lansiran u oktobru 2009. – Veoma visoka prostorna

rezolucija 46cm (pan)1.84m (ms)

– Temporalna rezolucija1.1–3.7 dana

– Radiometrijska rezolucija:11 bit/piksel

– 8 bendova• 4 standardna blue, green,

red• 4 nova benda: coastal,

yellow, red edge, and near-IR2


48/68

4/1/13

48

WorldView-2

• Panchromatic: 450 - 800 nm

• 8 Multispectral:Coastal: 400 - 450 nmRed: 630 - 690 nmBlue: 450 - 510 nmRed Edge : 705 - 745 nmGreen: 510 - 580 nmNear-IR1: 770 - 895 nmYellow: 585 - 625 nmNear-IR2: 860 - 1040 nm

WorldView-2

• Blue: analize vodenih povr %ina, zemlji %ta, vegetacije,tipova %uma.

• Green: odre #ivanje zelenila i kvaliteta vegetacije.• Red: pogodan za analizu vegetacije, "ak i za

odre #ivanje/klasifikaciju razli "itih tipova biljaka.• NIR1: pogodan za odre #ivanje tipova vegetacije, analizu

povr %ina pod vodom (jezera, okeani).


49/68

4/1/13

49

WorldView-2

• Coastal: dobra osnova za identifikaciju vegetacije ianalize, i kod merenja dubina okeana na osnovu hlorofilai njegovih karakteristika apsorpcije svetlosti u razli "itimopsezima.

• Yellow: koristi se za identifikaciju „ &uto $e “ objekata odinteresa, npr. vegetacije.

• Red Edge: poma &e u analizi stanja vegetacije. Direktno je u vezi sa zdravljem biljaka, preko proizvodnje hlorofila.• NIR 2: preklapa se sa NIR 1 ali je manje podlo &an

atmosferskom uticaju. Pogodan za analize vegetacije.

WorldView-2WV-2 snimak i rezultati klasifikacije


50/68

4/1/13

50

WorldView-2

WorldView-1

• WorldView-1 • Operativan odseptembra 2007.

• Temporalna rezolucija:1.7 – 4.6 dana

• Veoma visoka rezolucija

50cm (panhromatskibend)

• Panchromatski bend:400 - 900 nm

• Radiometrijskarezolucija: 11 bit/piksel


51/68

4/1/13

51

WorldView-2/WorldView-1

QuickBird

• Operativan od oktobra2001.

• 60cm pan, 2.44m ms• 11 bit• 4 MS benda• Blue: 450 - 520 nm• Green: 520 - 600 nm• Red: 630 - 690 nm

• Near-IR: 760 - 900 nm


52/68

4/1/13

52

QuickBird/WorldView-2

Rezultati klasifikacije na QuickBird (4 benda) i WV-2 (8 bendova)

• Spektralna rezolucija• QuickBird, WorldView-1, WorldView-2


53/68

4/1/13

53

GEOEYE-1


54/68

4/1/13

54

ESA

Landsat

• Landsat


55/68

4/1/13

55

Landsat• Prvi Landsat satelit je lansiran 1972.god.• Nakon toga, uspe %no je lansirano jo % 5 Landsat satelita (Landsat 7

– 1999.)• ETM+ Bands Bend %m Resolution

1 0.45-0.515 30 m

2 0.525-0.605 30 m

3 0.63-0.69 30 m

4 0.75-0.90 30 m5 1.55-1.75 30 m

6 10.4-12.5 60 m

7 2.09-2.35 30 m

8 0.52-0.9 15 m

Landsat

Landsat, kombinacija bendova, razli "it vizualni prikaz


56/68

4/1/13

56

Fotogrametrijski skeneri• Cilj AD (analogno-digitalna) konverzija snimaka sa fotogrametrijskog filma• Zahtevi

! Skeniranje snimaka formata 23cmx23! Skeniranje crno-belih, kolor i infracrvenih snimaka! Skeniranje pozitiva i negativa (transparetnih i na papiru)! Visoka geometrijski (4 µm i manje)i radiometrijski kvalitet (nema gubitka informacija)! Visoka rezolucija skeniranja (15µm i manje)! Velika brzina skeniranja!

Autonomija u radu! Skeniranje rolne filma! Pode %avanje parametara i kalibracija

• Opcije:! Vrhunski skeneri sa valjkom (drum scanners)! Analiti "ki fotogrametrijski instrumenti sa CCD senzorom! Skeneri za stono izdava %tvo (DTP – desktop publishing scanners)! Fotogrametrijski skeneri


57/68


58/68

4/1/13

58

Fotogrametrijski skeneri

Fotogrametrijski skeneriFormat: 23 x 23 cmGeometrija: rezolucija (vel. piksela): 10 µm

ta "nost: 2 µmRadiometrija: rezolucija DD: 2,5 (b/w) ta "nost: 0,5 sive vrednosti

rezolucija DD: 3,5 (kolor)Funkcionalnost:

! korektno balansiranje boja,! intuitivno pode %avanje parameta!

softver za obradu slika (kompresija, rotacija ...),! fotogrametrijski softver (automatska unutra %nja orijentacija, automatski dod &ing,generisanje piramida slika...),

! brzina (nekoliko minuta po slici za 15 µm veli "inu piksela),! procedure za geometrijsku i radiometrijsku kalibraciju! automatsko skeniranje rolni filma:

! automatsko premotavanje sa kontrolom kontrasta,! posebno dobre radiometrijske performanse za skeniranje negativa,! automatsko prepoznavanje granica snimka,! preskakanje snimaka (selekcija snimaka za skeniranje – svaki drugi),! automatska detekcija kraja filma,! interfejs ka bazi podataka (imena fajlova, parametri pode %avanja, ...)


59/68

4/1/13

59


• Podela na dve grupe! skuplji : LH systems DSW500, Z/I Imaging PhotoScan 2002! jeftiniji : Vexcel UltraScan 5000, Geosystem DeltaScan

• Ravni skeneri sa CCD senzorima! linearni CCD senzori!

povr # inski CCD senzori• Skenira se u 10-15µm, pa se za 23cmx23cm– dobija

15300 do 23000 piksela - linearni senzori imaju max.12000, povr %inski do 4000-9000 piksela



60/68

4/1/13

60

Fotogrametrijski skeneriLinearni CCD senzori

! od 3048 do 20000 piksela, trend je kori %$enje kolor CCD-a sa tri senzora(PhotoScan 2002, UltraScan 5000, DeltaScan), trilinearni senzori (RGB) do14000 piksela (Kodak, Fairchild, Dalsa, Toshiba, Sony, Philips. Matsuhita),manje radiometrijske razlike – samo uz trake,

! ve $a korelisanost %uma,! manji elektronski %um od povr %inskih CCD, kra $e vreme integracije (1-2ms)-

potreban ve $i intenzitet svetla,! mogu $nost pode %avanja vremena integracije,! visoki zahtevi pred optikom (zbog du &ine senzora),! ne mogu da rade u stani-kreni re &imu – ve $i interni bafer ili kontinualan transfer

ka host ra "unaru,!

manji"

um, ve#

a osetljivost, jeftiniji, skeniranje u jednom prolazu

Povr # inski CCD senzori 1024x1024, 2048x3072 (DSW 500)! samo do 4Kx4K (geometrijski problemi sa devijacijom senzora od ravni,

pove $anje elektronskog %uma,! ve $e gre %ke neravnina zbog velikog vidnog polja, distorzije objektiva, opadanje

osvetljenosti)! ve $i tro%kovi! ve $a veli "ina piksela

Fotogrametrijski skeneriMehani "ko kretanje neophodno

! postolje fiksno – pokretan senzor(PhotoScan, UltraScan) – prednost kodskeniranja rolne filma, jer se film koji je te &akne pomera "ime se smanjuju gre %kegeometrije, vibracije i mehani "ko o %te $ivanjepostolja. Tako #e, skener je manji. Mana je %totreba obezbediti posebno kretanje za senzor iza osvetljenje.

! pokretno postolje – fiksan senzor (DSW500) – prednost je %to va &ni delovi sistema kao %tosu senzor, optika i osvetljenje ostaju stabilni, alak%a je i zamena ovih delova koji su fiksni.

Dve vrste kretanja! horizontalno – relativo kretanje nosa " (postolje)

i filma u odnosu na optiku, osvetljenje i senzor(vi%e traka ili deli $a slike). Mo &e biti u dvapravca ili u jednom pravcu (samo za opti "kipome %ane linearne CCD senzore).

! problem za dva pravca je obezbe #ivanjegeometrijske stabilnosti za oba pravca.

! vertikalno – kretanje senzora i optike u odnosuna nosa " (opti "ko uve $anje tj. zumiranje)


61/68

4/1/13

61

Fotogrametrijski skeneri - geometrijskarezolucija (veli "ina piksela)

• Rezolucija aero snimka iznosi od 60-30 lp/mm %to rezultira veli "inom piksela od 6-12µm• 10-15µm je neophodno za interpretaciju finih detalja na snimku• Za orijentaciju slike i izradu DMT-a kori %$enjem tehnika podudarnosti slika dovoljna je

rezolucija od 25-30 µm jer se posti &e subpikselska ta "nost – sa polovljenjem veli "inepiksela posti &u se mali efekti (10-20%)

• Kod ortofotprodukcije veli "ina piksela je limitirana kvalitetom (rezolucijom) %tampe - koddigitalnog ortofotoa to zavisi od namene

• Mogu se koristiti razli "iti postupci za dobijanje razli "itih rezolucija! Opti "ki zoom – izo %travanja za svaku promenu rezolucije (kori %$enje stabilnog i preciznog

opti"ko-mehani "kog sistema ili samokalibracija – na primer reseau krsti $i ) – primerUltraScan skenera

! Elektronski ili elektromehani "ki zoom – uvek se skenira u najboljoj rezoluciji ali se koristefilteri za dobijanje kona "ne slike (u oba pravca skeniranja). Kona "na veli "ina piksela jeobi"no jednaka osnovnoj rezoluciji pomno &enoj stepenom broja 2 – primer PhotoScanskenera – jednostavan, brz i ne zahteva komplikovanu kalibraciju ili skupeopti $ komehani $ ke delove

! Softverski zoom – skenira se uvek u najboljoj rezoluciji, a slika se kasnije resamplira u ni &erezolucije na host ra "unaru – najfleksibilniji i zahvaljuju # i napretku HW/SW sve br ! i

! Kori%$enje dualnih ili vi %estrukih objektiva (DTP skeneri sa linearnim senzorima)! Hibridni pristup – primer UltraScan skenera

Fotogrametrijski skeneri –osvetljenje

• Osvetljenje mora biti jako da obezbedi visok radiometrijski kvalitet i vi %iodnos signal/ %um (SNR) – velika brzina skeniranja i gubitak svetla udelovima optike (1/4000 deo svetla od izvora stigne do CCD senzora)

• Osvetljenje mora biti homogeno i ujedna $ eno za celu povr %inu snimka• Problem – temperatura koju stvara svetlosni izvor (hla #enje, izme %tanje

izvora svetlosti dalje od osetljivih delova senzora, kori %tenje opti "kihvlakana za prenos svetla)

• Dve opcije:! osvetljenje "itave povr %ine snimka! osvetljenje samo povr %ine koja se trenutno skenira (IFOV – vidno polje senzora)

• Tipovi osvetljenja:! Direktno svetlo

! manje energije / manje zagrevanje! Velika dubina o %trine! Mogu $i problemi sa defrakcijom

! Difuzno svetlo (fluorescentne lampe, difuzne plo "e, difuzni reflektori)! vi%e energije / ve $e zagrevanje! koristi se kod ve $ine modernih fotogrametrijskih analiti "kih instrumenata i skenera


62/68

4/1/13

62



• Spektralna svojstva osvetljenja i vremenskastabilnost - bitni za kvalitet skenirane slike

• Spektralna svojstva moraju da odgovarajukori%$enim filterima i senzorima da bi se dobio

optimalna reakcija CCD senzora na boje• Intenzitet ili trajanje osvetljenja mogu da semenjaju s obzirom na ujedna "avanje odnosaizme #u pojedinih boja – trajanje se ne smemenjati za trilinearne CCD senzore


63/68

4/1/13

63

Fotogrametrijski skeneri –skeniranje u boji

Mo&e se implementirati na vi %e na "ina1. Kori %$enje primarnih ili komplementarnih kolor filtera prostorno komponovanih i

preklopljenih preko elemenata senzora – 1 CCD linearni ili povr %inski "ip ( ne koristise kod fotogrametrijskih skenera) – smanjena prostorna rezolucija i mogu # " um,bez mogu # nosti balansiranja boja

2. Kori %$enje CCD-a od 3 "ipa (linearni ili povr %inski ure #eni elementi sa RGB filterima naelementima senzora – primer linearni senzori kod PhotoScan i Ultrascan skenera) –skeniranje u crno-belom se izvodi selekcijom jednog kanala ili kombinacijom vi %ekanala – smatra se za najbolje re " enje, RGB skeniranje u jednom prolazu, ve # itro " kovi izrade senzora, nemogu # nost balansiranja boja (izmena filtera,

promena intenziteta svetla) – lak " e izraditi linearne nego povr " inske senzore3. Kori %$enje filtera (RGB) redom za svaki IFOV – koristi se samo za povr %inske CCD

senzore (primer DSW500) – mogu # nost balansiranja boja, RGB skeniranje u jednom prolazu (3 snimka za svaki deli # slike)4. Kori %$enje filtera sekvencijalno za celu sliku – vi " e prolaza, du ! e vreme skeniranja,

mogu # nost balansiranja boja5. Kompjuterski kontrolisani LCD filteri - mogu # nost balansiranja boja, slobodan izbor

vremena osvetljenosti za svaki kanal6. Kori %$enje LED sa tri boje, jedan prolaz, jedan CCD (samo kod DTP skenera) -

mogu # nost balansiranja boja, samo jedan CCD, mala potro " nja energije, dug! ivot i visoka pouzdanost, velika $ isto # a boja, mala veli $ ina, otpornost navibracije i udarce, ...

U svim slu "ajevima registracija i balansiranje boja nije trivijalno

Fotogrametrijski skeneri – transparencija i opti "kagustina, kvantizacija i dinami "ki raspon

• Odgovor CCD senzora je linearna funkcijaosvetljenosti i transparencije (propustljivosti) ,

• D i , za fotogrametrijske snimkecrno-beli film: D=0.1, - ., 2.5 ,=0.003, - , 0.8 , max /, min=250

kolor film: D=0.1, - ., 3.5 ,=0.0003, - , 0.8 , max /, min=2500


64/68

4/1/13

64

Fotogrametrijski skeneri – transparencija i opti "kagustina, kvantizacija i dinami "ki raspon

• Dinami "ki raspon filma je oko 2500 - sledi da je potrebno oko 11-12 bita(2 11 )

! mogu $e sa kvalitetnim senzorima uz pove $anje odnosa signa/ %um (SNR)! potreban ja "i signal (bolje fokusiranje svetla na svaki element CCD senzora, ve $a

energija tj. intenzitet osvetljenja, ve $e vreme integracije, osetljiviji CCD senzori,kori%$enje ve $ih elemenata senzora – ve $i kapaciteti za sme %tanje naboj)

! manji %um (sporije skeniranje, vi %e prolaza, hla #enje, bolja izolacija elemenata,kra $i kablovi i bolja izolacija)

! Obi"no se nakon toga vr %i redukcija na 8 bita (softver za obradu, memorijskizahtevi) – potrebno kvalitetno mapiranje (linearni, nekad i logaritamski LUT) –softverski se radi (ne postoje ugra #eni algoritmi za ujedna "avanje ilinormalizaciju histograma, redukciju %uma, poja "anje kontrasta i ivica)

• Specifikacija skenera 3D=10 3 – 10 bita za kvantizaciju• Broj bita u praksi treba da je uskla #en sa nivoom %uma sistema – %um

treba da je manji od polovine (ili bar) koraka kvantizacije. Kako %umzavisi od gustine, treb ovde uzeti minimalni %um

• 1 ili 2 bita vi %e se koristi u praksi (10-16)

Fotogrametrijski skeneri• Geometrijska ta "nost

! 2-4µm (RMS)


65/68

4/1/13

65

Fotogrametrijski skeneri• Radiometrijska

ta "nost (dinami "kiraspon i %um)

• Testiranje naosnovu sivog klinaod 0.05D do3.045D (21gustina)

Fotogrametrijski skeneriBrzina skeniranja 1/2• Treba uzeti ukupno vreme potrebno za skeniranje :

! proba skeniranja i pode %avanje parametara,! mehani "ko skeniranje i integracija,! AD konverzija i drugo elektronsko procesiranje,! transfer na host ra "unar! pisanje na disk! softverska obrada (kalibracija, subsampling, mozaikovanje,

kompresija, ...)! prikaz slike na ekranu, vizualna kontrola, eventualna promena

parametara i ponovno skeniranje• Veliki deo vremena odlazi na interaktivne operacije• Limitiraju $i fakor zavisi od samog skenera – tehnolo %ki

razvoj $e u "initi da to bude mehani "ka brzina skeniranja,propusna mo $e elektronike ili minimalno vremeintegracije


66/68

4/1/13

66

Fotogrametrijski skeneriBrzina skeniranja 2/2• Vreme skeniranja ne sme biti prioritet – prioritet je kvalitet skeniranja

(visok SNR i veliki dinami "ki raspon, skeniranje bez vibracija, visokkvalitet geometrijskog pozicioniranja kod povr %inskog CCD senzora,itd)

• Za crno-beli aero snimak, 14µm, 10000 piksela linijski CCD senzor,vreme integracije 4ms, 250 skan linija– 1.8 minuta – dovoljnokratko vreme da nema potrebe da se smanjuje na " tetu kvaliteta

• Smanjenje brzine!

produ &ava vek trajanja delova,! pojeftinjuje proizvodnju (jednostavniji delovi, jeftinije komponente),! ve $e vreme integracije i manje osvetljenje (ni &a temperatura i jeftinija

proizvodnja)! manje razlike izme #u traka skeniranja! jeftinija elektronika za prenost podataka! mogu $nost primene nekih operacija u relanom vremenu! nisu potrebni veliki interni baferi

Fotogrametrijski skeneriFotogrametrijske funkcije• Uglavnom se isporu "uju sa softevrom za digitalne fotogrametrijske

sisteme

Geometrijska, radiometrijska i spektralna kalibracija• Kalibracija je neophodna operacija• . esto nedovoljno dokumentovana i u potpunosti podr &ana od strane

proizvo #a "a (nekompletne)• Treba znati koliko "esto da se sprovodi i u kojim situacijama• Problem detektovanja i eleminacije pra %ine i ogrebotina• Problem Njutnovih prstenova (posebno u okru &enjima sa velikom

vla&no %$u)• Sistematske gre %ke geometrije "esto prisutne• Po &eljno postojanje softvera za dijagnostiku (automatska detekcija

opadanja performansi i uzro "nika)


67/68

4/1/13

67




68/68

4/1/13


Documents

2 Platforme Kamere Senzori